第十二章擠出模設(shè)計本章基本內(nèi)容●擠出成型原理及工藝特性

●擠出成型模具典型結(jié)構(gòu)分析

●管材擠出成型機頭●棒材擠出成型機頭●板材與片材擠出成型機頭●吹塑薄膜擠出成型機頭第十二章擠出模設(shè)計

本章重點、難點●擠出機頭的總體結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法●擠出機頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計

第十二章擠出模設(shè)計塑料擠出成型所用的模具一般簡稱為擠塑模，也叫擠出成型機頭或模頭。應(yīng)用范圍第十二章擠出模設(shè)計12.1擠出成型原理及工藝特性1、擠出成型原理將熔融的塑料自模具內(nèi)以擠壓的方式往外推出，而得到與模口相同幾何形狀的流體，冷卻固化后，得到所要的零件。第十二章擠出模設(shè)計⑵擠出成型特點

①連續(xù)成型，產(chǎn)量大，生產(chǎn)率高，成本低，經(jīng)濟效益顯著。②模具結(jié)構(gòu)也較簡單，制造維修方便。③塑件內(nèi)部組織均衡緊密，尺寸比較穩(wěn)定準確。④適應(yīng)性強，除氟塑料外，所有的熱塑性塑料都可采用擠出成型，部分熱固性塑料也可采用擠出成型。第十二章擠出模設(shè)計12.1.2擠出成型工藝過程擠出成型冷卻定型塑化塑件的牽引、卷取、切割第十二章擠出模設(shè)計12.1.3擠出成型工藝參數(shù)

口模的溫度比機頭溫度可稍低一些，但要保證塑料有良好的流動性。

機頭的溫度控制在塑料熱分解溫度以下

加料段的溫度不宜過高，壓縮段和均化段的溫度可高一些。⑴溫度

第十二章擠出模設(shè)計（3）擠出速度單位時間內(nèi)由擠出機頭和口模中擠出的塑化好的物料量或塑件長度。它表示擠出能力的高低。（2）壓力

合理控制螺桿轉(zhuǎn)速，保證溫控系統(tǒng)的精度，以減小壓力波動。（4）牽引速度牽引速度與擠出速度相當(dāng)，可略大于擠出速度。第十二章擠出模設(shè)計

常見塑料管材的擠出成型工藝參數(shù)塑料工藝參數(shù)硬聚氯乙烯（HPVC）軟聚氯乙烯（SPVC）低密度聚乙烯（LDPE）ABS聚酰胺-1010（PA-1010）聚碳酸酯（PC）管材外徑/mm95312432.531.332.8管材內(nèi)徑/mm85251925.52525.5管材厚度/mm3323——機筒溫度/℃后段80~10090~10090~100160~165250~200200~240中段140~150120~130110~120170~175260~270240~250前段160~170130~140120~130175~180260~280230~255機頭溫度/℃160~170150~160130~135175~180220~240200~220口模溫度/℃160~180170~180130~140190~195200~210200~210螺桿轉(zhuǎn)速/(r·min-1)12201610.51510.5口模內(nèi)徑/mm90.73224.53344.833芯模內(nèi)徑/mm79.72519.12638.526穩(wěn)流定型段長度/mm1206060504587牽引比1.041.21.11.021.50.97真空定徑套內(nèi)徑/mm96.5—253331.733定徑套長度/mm300—160250—250定徑套與口模間距/mm———252020第十二章擠出模設(shè)計12.2擠出成型模具典型結(jié)構(gòu)分析12.2.1擠出成型機頭的分類和設(shè)計原則擠出機頭的作用⑴使熔融的塑料由螺旋運動變成直線運動⑵使塑料經(jīng)過機頭而進行進一步的塑化⑶產(chǎn)生足夠的成型壓力，使塑件密實⑷成型所需截面形狀的連續(xù)型材第十二章擠出模設(shè)計2.擠出機頭的分類

⑴按塑料制件的形狀分類

擠出成型的塑件主要有管材、棒材、板材、片材、各種異型材、吹塑薄膜、帶有塑料包覆層的電線電纜等，所用的機頭相應(yīng)稱為管機頭、棒機頭等。

⑵按塑件的出口方向分類

根據(jù)塑件從機頭中的擠出方向不同，可分為直通機頭（或稱直向機頭）和角式機頭（或稱橫向機頭）等。

⑶按熔體所受壓力不同分類

根據(jù)塑料熔體在機頭內(nèi)所受壓力的不同，分為低壓機頭和高壓機頭。低壓機頭即熔體受壓小于4MPa的機頭；高壓機頭即熔體受壓大于10MPa。第十二章擠出模設(shè)計3.擠出機頭的結(jié)構(gòu)組成擠出成型模具主要由兩部分組成，即機頭和定型裝置（定型套）。

圖12-2管材擠出成形機頭l一管材；2一定徑套；3一口模；4一芯棒；5一調(diào)節(jié)螺釘；6一分流器；7一分流器支架；8一機頭體；9一過濾板；10、11一電加熱圈第十二章擠出模設(shè)計表12-3擠出機頭主要零件的作用序號名稱作用1口模3和芯棒4口模和芯棒用以成型塑件的截面形狀。其中，口模成型塑件的外表面，芯棒成型塑件的內(nèi)表面2過濾板9過濾板的作用是將塑料熔體由螺旋運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時過濾雜質(zhì)，并形成一定壓力3分流器6和分流器支架7使通過它的塑料熔體分流變成薄環(huán)狀，平穩(wěn)地進入成型區(qū)，同時進一步加熱和塑化。分流器支架主要用于支承分流器和芯棒，同時也能對分流后的塑料熔體加強剪切混合作用。小型分流器和分流器支架可設(shè)計成一體4機頭體8機頭體用來組裝并支承機頭的各零部件，機頭體還需與擠出機相連接，連接處應(yīng)密封，以防止塑料熔體的溢出5電加熱圈10、11為了保證塑料熔體在機頭中的正常流動及擠出成型質(zhì)量，機頭上一般設(shè)有電加熱圈6調(diào)節(jié)螺釘5用來調(diào)節(jié)控制成型區(qū)內(nèi)的口模和芯棒之間的間隙及同軸度，以保證擠出塑件壁厚均勻，通常調(diào)節(jié)螺釘?shù)臄?shù)目定為4～8個7定徑套2離開成型區(qū)的塑料雖已具有給定的形狀，但由于塑料的溫度仍較高，不能抵抗塑件自重導(dǎo)致的變形，為此需要用定徑套對其進行冷卻定型，以使制品獲得良好的表面質(zhì)量、正確的尺寸和幾何形狀第十二章擠出模設(shè)計⑴分析塑件的結(jié)構(gòu)工藝性⑵機頭的內(nèi)腔呈光滑流線形⑶機頭應(yīng)能改變?nèi)垠w的流動狀態(tài)⑷機頭內(nèi)應(yīng)設(shè)置分流裝置和適當(dāng)?shù)膲嚎s區(qū)⑸機頭成型區(qū)應(yīng)有正確的斷面形狀⑹機頭內(nèi)最好設(shè)有適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置4.擠出機頭的設(shè)計原則第十二章擠出模設(shè)計5.機頭材料的選擇機頭常用的材料如表12-4所示。鋼號供應(yīng)狀態(tài)/HB淬火硬度/HRC基本性能T8A、T9A、T10A18762硬度高，耐磨，切削性較差T12、T12A20762切削性好、耐磨、韌性差40Cr、45Cr21745~50耐磨、強度較好40Cr2MoV26950~55高級調(diào)質(zhì)鋼38CrMoAlA22955~60用于滲碳件，強度高，耐磨，耐高溫，耐腐蝕，熱處理變形小5CrMnMo、3Cr2Mo24136～38加工性能和表面拋光性較好CrWMn、Cr12MoV25558耐磨、強度好，但加工性稍差40MnB、40MnVB20555耐磨、強度好表12-4機頭常用材料第十二章擠出模設(shè)計12.2.2擠出機頭與擠出機

⑴國產(chǎn)擠出機的主要參數(shù)

目前應(yīng)用最廣泛的是臥式單螺桿非排氣式擠出機。表12-5列出了我國生產(chǎn)的適用于加工管、板、膜、型材及型坯等多種塑料制件的單螺桿擠出機的主要參數(shù)。第十二章擠出模設(shè)計表12-5部分國產(chǎn)擠出機的技術(shù)參數(shù)序號螺桿直徑/mm長徑比L/D產(chǎn)量/（kg/h）電動機功率/kW加熱功率(機身)/kW中心高/mmHPVCSPVC1301520252~62~63/134510002451520257~187~185/1.67567100036515202515~3316~5015/5101216100049015202535~7040~10022/7.31824301000512015202556~11270~16055/18.33040451100615015202595~190120~28075/2545607211007200152025160~320200~480100/33.3751001251100第十二章擠出模設(shè)計⑵機頭與擠出機的連接

設(shè)計機頭的結(jié)構(gòu)時，必須要考慮擠出機法蘭盤的結(jié)構(gòu)形式、過濾板和過濾網(wǎng)配合尺寸、鉸鏈螺栓長度、連接螺栓的直徑、分布及數(shù)量等。機頭與設(shè)備的連接形式可參見圖12-3、圖12-4及圖12-5。圖12-3機頭連接形式之一圖12-4機頭連接形式之二1—擠出機法蘭；2—機頭法蘭；1—擠出機法蘭；2—機頭法蘭；3—過濾板；4—機筒；5—螺桿3—過濾板；4—螺桿；5—機筒第十二章擠出模設(shè)計圖12-5機頭連接形式之三1—機頭法蘭；2—鉸鏈螺釘；

3—擠出機法蘭；4—過濾板；5—螺桿；6—機筒；7—螺釘；

8—定位銷圖12-6快速更換機頭1—鉸鏈座；2—鎖緊環(huán)；3—固定套；4—過濾板；5—口模；6—測溫器；7—手柄第十二章擠出模設(shè)計12.3管材擠出成型機頭12.3.1管材擠出機頭的分類

根據(jù)機頭的結(jié)構(gòu)不同，常用的管材擠出機頭可分：

直通式擠管機頭

直角式擠管機頭

旁側(cè)式擠管機頭

微孔流道擠管機頭第十二章擠出模設(shè)計圖12-7直角式擠管機頭1—口模；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—芯棒；4—機頭體；5—連接管圖12-8旁側(cè)式擠管機頭1、12—溫度計插孔；2—口模；3—芯棒；4、7—電熱器；5—調(diào)節(jié)螺釘；6—機頭體；8、10—熔料測溫孔；9—機頭體；11—芯棒加熱器第十二章擠出模設(shè)計圖12-8旁側(cè)式擠管機頭1、12—溫度計插孔；2—口模；3—芯棒；4、7—電熱器；5—調(diào)節(jié)螺釘；6—機頭體；8、10—熔料測溫孔；9—機頭體；11—芯棒加熱器第十二章擠出模設(shè)計12.3.2管材擠出機頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.口模的設(shè)計⑴口模的內(nèi)徑D

式中D——口模的內(nèi)徑，mm；

d——塑料管材的外徑，mm；

k——補償系數(shù)，k的取值可參考表12-6。第十二章擠出模設(shè)計表12-6補償系數(shù)k值塑料品種內(nèi)徑定徑外徑定徑聚氯乙烯(PVC)—0.95~1.05聚酰胺(PA)1.05~1.10—聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）1.20~1.300.90~1.05第十二章擠出模設(shè)計⑵定型段長度L1

定型段長度L1一般按經(jīng)驗公式計算。①按管材外徑計算

L1=（0.5～3）d

式中L1——口模定型段長度，mm；

d——管材的外徑，mm。第十二章擠出模設(shè)計②按管材壁厚計算

L1=nt式中

t——管材的壁厚；

n——系數(shù)，具體數(shù)值見表12-7，一般當(dāng)管子直徑較大時取小值，反之則取大值。表12-7定型段長度L1計算系數(shù)塑料品種硬聚氯乙烯（HPVC）軟聚氯乙烯(SPVC)聚乙烯（PE）聚丙烯(PP)聚酰胺(PA)系數(shù)n18~3315~2514~2214~2213~23第十二章擠出模設(shè)計2.芯棒的設(shè)計①采用外定徑時式中

——芯棒的外徑，mm；

——口模的內(nèi)徑，mm；

——口模與芯棒的單邊間隙，通常取管材壁厚的(0.83~0.94)，mm。式中

——管材的內(nèi)徑，mm。②采用內(nèi)定徑時第十二章擠出模設(shè)計⑵壓縮段長度L2

L2=(1.5～2.5)D0

式中L2——芯棒的壓縮段長度，mm；

D0——過濾板出口處的流道直徑，mm。⑶壓縮角β

壓縮區(qū)的錐角β稱為壓縮角，一般在30°~60°范圍內(nèi)選取。對于低粘度的塑料β取較大值，一般為45°~60°；對于高粘度的塑料β取較小值，一般為30°~50°。第十二章擠出模設(shè)計3.拉伸比和壓縮比⑴拉伸比I

式中I——拉伸比；

Ds、ds——分別為塑料管材的內(nèi)、外徑，mm；

D、d——分別為口模內(nèi)徑、芯棒外徑，mm。第十二章擠出模設(shè)計⑵壓縮比ε

管材的壓縮比是指機頭和多孔板相接處最大料流截面積與口模和芯棒成型區(qū)的環(huán)形間隙截面積之比。機頭模腔內(nèi)應(yīng)有足夠的壓縮比，它反映了擠出成型過程中塑料熔體的壓實程度。壓縮比值隨物料的特性而不同，對于低粘度塑料，壓縮比取4~10，對于高粘度塑料，壓縮比取2.5—6.0。第十二章擠出模設(shè)計12.3.3管材的定徑和冷卻定徑方法有內(nèi)徑定徑和外徑定徑兩種方法，我國塑料管材標(biāo)準常采用外徑定徑法。（a）（b）圖12-10外徑定徑法（a）內(nèi)壓法定徑；（b）真空法定徑第十二章擠出模設(shè)計圖12-11內(nèi)徑定徑法1—管材；2—定徑芯模；3—口模；4—芯棒⑶定徑套的結(jié)構(gòu)尺寸定徑套（定徑芯模）是定型裝置中的關(guān)鍵部件，它直接影響管材的定型質(zhì)量。定徑套的尺寸包括內(nèi)徑和長度兩部分，定徑方法不同，其計算方法也不同。第十二章擠出模設(shè)計12.4棒材擠出成型機頭12.4.1棒材擠出成型機頭的結(jié)構(gòu)圖12-12棒材擠出成型機頭1—口模；2—分流器；3—機頭體；4—分流器支架；5—過濾板

棒材擠出成型機頭的結(jié)構(gòu)簡單，與管材擠出機頭基本相似，其區(qū)別是模腔中沒有芯棒，只有分流器。使用分流器可以減少模腔內(nèi)部的容積及增加塑料的受熱面積，如果模腔內(nèi)為無滯料區(qū)的流線型，也可不設(shè)分流器裝置。第十二章擠出模設(shè)計12.4.2定徑套的結(jié)構(gòu)圖12-13棒材定徑裝置1—機頭體；2—絕熱墊圈；3—定徑套；4—冷卻套棒材的定徑裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，與管材的定徑裝置相似

第十二章擠出模設(shè)計12.5板材與片材擠出成型機頭12.5.1魚尾式機頭

圖12-14帶阻流器的魚尾式機頭阻流棒圖12-15帶阻流器和阻流棒的魚尾式機頭機頭的模腔與魚尾形狀相似

第十二章擠出模設(shè)計魚尾式機頭結(jié)構(gòu)特點：魚尾式機頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，可用于多種塑料的擠出成型。但用這種方法生產(chǎn)的板材和片材的寬度一般小于500mm，厚度小于3mm，因此不適于擠出寬幅板（片）材。魚尾式機頭的魚尾擴張角通常取80°左右。第十二章擠出模設(shè)計12.5.2支管式機頭支管式機頭的模腔為管狀，有一個縱向切口與口模區(qū)相連。支管式機頭的管狀模腔與口模平行，可以貯存一定量的物料，同時使進入模腔的料流穩(wěn)定并均勻地擠出寬幅塑件。

根據(jù)支管式機頭的結(jié)構(gòu)形式及進料位置的不同，有以下幾種常用結(jié)構(gòu)形式第十二章擠出模設(shè)計

圖12-16一端供料的直支管型機頭圖12-17中間進料的直支管型機頭

結(jié)構(gòu)類型第十二章擠出模設(shè)計圖12-18中間進料的彎支管型機頭圖12-19帶有阻流棒的雙支管型機頭1—進料口；2—彎支管型模腔；1—支管模腔；2—阻流棒；3—?？谡{(diào)節(jié)螺釘；4—?？谡{(diào)節(jié)塊3—模口調(diào)節(jié)塊結(jié)構(gòu)類型第十二章擠出模設(shè)計支管式機頭的特點：支管式機頭的特點是機頭體積小、重量輕、模腔結(jié)構(gòu)簡單、溫度較易控制和容易制造加工。支管式機頭可以成型的板材和片材幅寬較大且寬度可以調(diào)整，一般聚乙烯、聚丙烯、聚酯等板材和片材都是采用這種機頭擠出成型的。第十二章擠出模設(shè)計12.5.3螺桿式機頭螺桿式機頭又稱螺桿分配式機頭，與支管型機頭相似，二者的主要區(qū)別是螺桿式機頭內(nèi)插入了一根分配螺桿。分配螺桿與擠出機主螺桿的連接方式有兩種，一種是一端供料式螺桿機頭，如圖12-20所示；另一種是中央供料式螺桿機頭，如圖12-21所示。

第十二章擠出模設(shè)計

圖12-20螺桿分配式機頭圖12-21中央供料式螺桿機頭

1—擠出機螺桿；2—分配螺桿；3—機頭體第十二章擠